keratine in gezondheid en kanker: meer dan alleen epitheliale celmarkers

keratine expressie bij humane kanker. Keratins worden normaal uitgedrukt in een celtype -, differentiatie-en functionele status-afhankelijke manier, en epitheliale kanker grotendeels handhaven de kenmerken van keratineuitdrukking geassocieerd met hun respectieve celtype van oorsprong, zodat keratins zijn lang erkend als kenmerkende tellers in tumorpathologie. De voorbeelden van keratins algemeen gebruikt in de diagnose van menselijke epithelial malignancies worden hier gepresenteerd.

adenocarcinomen, dat wil zeggen, epitheliale kankers die in klierweefsels ontstaan, omvatten de grootste groep menselijke epitheliale maligniteiten en kunnen zich in verschillende organen voordoen. De capaciteit om adenocarcinomas volgens hun weefsel van oorsprong te onderscheiden is essentieel voor de selectie van de geschiktste behandelingsregimes, en de eenvoudige epithelial keratins zijn de tellers die hoofdzakelijk voor dit doel worden gebruikt. De meeste adenocarcinomas drukken de eenvoudige epitheliale keratins K8, K18 en K19 uit, terwijl de uitdrukking K7 en K20 variabel is. Keratine typering is van bijzondere diagnostische betekenis in het geval van colorectale adenocarcinomen, die op dezelfde manier aan de normale gastro-intestinale epitheel zijn bijna altijd K20-positief, maar K7-negatief (of hebben lagere K7 expressie vergeleken met K20) (Moll et al., 2008). K20 en K7 co-expressie is gemeld als een kenmerk van meer geavanceerde colorectale kanker (Hernandez et al., 2005), terwijl verminderde K20 niveaus zijn gedetecteerd in samenhang met hoge microsatelliet instabiliteit (McGregor et al., 2004). Pancreas -, galwegen -, slokdarm – en maagadenocarcinomen drukken gelijkmatig K7 en variabeler uit, maar tot 65%, K20 (Chu et al., 2000), terwijl een K7 + / K20− fenotype kenmerkend is voor ovariale, endometriale en longadenocarcinomen (Moll et al., 2008). Endometriumadenocarcinomen kunnen gestratificeerde epitheliale keratines, zoals K5, mede tot expressie brengen als indicatie van plaveiselmetaplasie (Chu en Weiss, 2002a). Niet-plaveiselcel, maligne speekselkliercarcinomen zijn ook K7+ / K20 -, met uitzondering van speekselkanaal carcinomen, die positief kunnen zijn voor beide keratines (Nikitakis et al., 2004). Bovendien, bijna alle schildklier tumoren (folliculair, papillaire en medullaire subtypes) en twee derde van maligne mesothelioom gevallen zijn K7+/K20 -. De laatste tumoren, in tegenstelling tot de meeste adenocarcinomen, consequent keratinocyt-type keratines, met name K5, en vimentin (Yaziji et al., 2006). Blindedarm-en longcarcinoïden, bijniercorticale, prostaatcarcinomen en hepatocellulaire carcinomen zijn negatief voor zowel K7 als K20 (Chu en Weiss, 2002b).

De meeste borstadenocarcinomen, waaronder zowel ductale als lobulaire subtypes, drukken constitutief K7, K8, K18 en K19 uit. K8 vertoont echter een overwegend perifeer kleuringspatroon in ductaal carcinoom in vergelijking met een ringachtig, perinucleair patroon in lobulair carcinoom (Lehr et al., 2000). In slecht gedifferentieerde adenocarcinomen die overeenkomen met het basale-achtige subtype zoals gedefinieerd door microarray-gebaseerde expressie profilering van borsttumoren (Sorlie et al., 2001), keratinen kenmerkend voor de basale cellen van gelaagd epitheel, zoals K5/6, K14 en K17, worden ook uitgedrukt. Meer recent, phospho(Ser73) – K8 werd geà dentificeerd als mogelijke biomarker voor lagere beclin1 uitdrukking, en zo defecte autophagy status, in borsttumoren (Kongara et al., 2010).

keratine expressie is een bijzonder nuttige gids voor de juiste classificatie van niercelcarcinomen (RCC ‘ s) (Liu et al., 2007), aangezien duidelijk-cel RCC ’s hoofdzakelijk K8 en K18 met minder belangrijke uitdrukking K19 uitdrukken, drukken de papillaire tumors sterk K19 en K7 naast het basispaar K8/K18 en chromofobe RCC’ s typisch K7 en K8/K18 uit, maar weinig K19. Goedaardige oncocytomen kunnen histologisch lijken op chromofobe RCC’ s, maar zijn K7 negatief (Liu et al., 2007). Overgangscelcarcinomen behouden over het algemeen het urotheliale keratine patroon met gecombineerde expressie van K8/K18, K7 en K19 samen met K13 en K20 (Moll et al., 1992).

plaveiselcelcarcinomen, onafhankelijk van hun plaats van oorsprong, worden gekenmerkt door de expressie van de gelaagde epitheliale keratine K5, K14 en K17 en de hyperproliferatieve keratinocyt-type keratine K6 en K16 (Moll et al., 2008). K1/K10 kan ook focaal worden uitgedrukt, en K4 en K13 in mindere mate. In slecht gedifferentieerde plaveiselcelcarcinomen, wordt co-expressie van de eenvoudige epitheliale keratines K8, K18 en K19 vaak waargenomen.

het gebruik van keratine als diagnostische merkers in tumorpathologie is veruit de meest voorkomende toepassing op het gebied van kanker. In gevallen die onduidelijk blijven op basis van klinische presentatie en conventionele histopathologie, met inbegrip van carcinomen die slecht gedifferentieerd zijn of zich over verscheidene organen en metastasen van onbekende primaire tumorplaats verspreiden, is keratine-typering vooral waardevol voor correcte tumoridentificatie en daaropvolgende selectie van het meest geschikte behandelplan.

prognostische markers bij epitheliale tumoren

naast hun gevestigde rol als diagnostische markers bij kanker, zijn keratine ook erkend als prognostische indicatoren bij een verscheidenheid aan epitheliale maligniteiten (Tabel 2). Bijvoorbeeld, in colorectale kanker, verminderde expressie van K8 en K20 is geassocieerd met epitheliaal-naar-mesenchymale kankercel overgang, die over het algemeen indicatief is voor hogere tumor agressiviteit, en verminderde overleving van de patiënt (Knosel et al., 2006). Ook is persistente of hogere expressie van een caspase-gespleten K18-fragment in Asp396 (geproduceerd door apoptotische epitheliale cellen en gedetecteerd door een epitope-specifiek antilichaam M30) in het serum van patiënten met colonkanker na primaire tumorresectie indicatief voor systemische residuele tumorbelasting en correleert significant met recidiefrisico binnen 3 jaar (Ausch et al., 2009). Hogere K18/M30-waarden in serum vóór de behandeling zijn ook voorspellend voor een kortere overleving bij longkankerpatiënten (Ulukaya et al., 2007). Meer recent wordt de verhouding van caspase gesplitst (M30) tot totaal K18 (M65), gemakkelijk bepaald in het serum of plasma met behulp van in de handel verkrijgbare enzyme-linked immunosorbent assay kits, onderzocht als een biomarker voor de monitoring van de werkzaamheid van de therapie bij patiënten met carcinoom (Linder et al., 2010). Evenzo wordt bij patiënten met intrahepatisch cholangiocarcinoom een hoge serumconcentratie van K19-fragment (CYFRA21-1) geassocieerd met verminderde recidiefvrije en totale overleving (uenishi et al., 2008). Intratumorale K20-expressie en K20-positiviteit in het beenmerg en/of bloed correleren met een slechtere prognose bij adenocarcinomen van de pancreas (Soeth et al., 2005; Matros et al., 2006; Schmitz-Winnenthal et al., 2006). Bovendien voorspelt real-time kwantitatieve reverse transcriptie–polymerasekettingreactie voor K20 in peritoneale lavagevloeistof bij patiënten die resectie met curatieve Intentie ondergaan (Katsuragi et al., 2007); K10 en K19 positiviteit in hepatocellulaire carcinomen zijn significante voorspellers van kortere totale en ziektevrije overleving na chirurgische resectie (Yang et al., 2008); en afwezigheid van plaveiselverschil zoals blijkt uit verlies van K5/6-expressie wordt geassocieerd met agressievere endometriumcarcinomen en verminderde overleving (Stefansson et al., 2006). In clear-cell RCC wordt tumorale co-expressie van K7 en K19 geassocieerd met het ontbreken van cytogenetische veranderingen, lage nucleaire grade en betere klinische uitkomst (Mertz et al., 2008), terwijl detectie van K8 / 18-positieve circulerende tumorcellen correleert met positieve lymfeknoopstatus, aanwezigheid van synchrone metastasen op het moment van primaire tumorresectie en slechte algehele overleving bij niercelkanker (Bluemke et al., 2009). Detectie van gedissemineerde keratine-positieve tumorcellen in het beenmerg van prostaatkankerpatiënten vóór de operatie is een onafhankelijke risicofactor voor metastase binnen 48 maanden (Weckermann et al., 2009). In huidkanker, keratineuitdrukking in maligne melanoom is van bijzonder belang, aangezien k18 mRNA verrassend in één derde van melanoom weefselsteekproeven wordt geà dentificeerd en een ongunstige prognostische factor is (Chen et al., 2009).

bij borstkanker wordt het moleculair gedefinieerde basaal-achtige subtype gekenmerkt door oestrogeenreceptor (ER), progesteronreceptor en humane epidermale groeifactor receptor-2 negativiteit, maar epidermale groei factor receptor en K5/6 positiviteit, wordt geassocieerd met jongere leeftijd van de patiënt, hoge tumorgraad en slechte prognose, waaronder kortere ziektevrije en algehele overleving (Cheang et al., 2008; Yamamoto et al., 2009). Expressie van K17 in borsttumoren is ook prognostisch van slechte klinische uitkomst en dit is onafhankelijk van tumorgrootte en graad in knooppuntnegatieve ziekte (van de Rijn et al., 2002). Detectie van k19 mRNA-positieve circulerende tumorcellen vóór adjuvante chemotherapie voorspelt verminderde ziektevrije en totale overleving bij patiënten met er-negatieve, triple-negatieve en humane epidermale groeifactor receptor2-positieve vroege borsttumoren (Ignatiadis et al ., 2007), terwijl de aanwezigheid van k19 mRNA-positieve circulerende tumorcellen in het bloed na voltooiing van adjuvante chemotherapie bij vrouwen met vroege borstkanker van elk subtype wijst op de aanwezigheid van chemotherapie-resistente residuele ziekte en weer geassocieerd is met een hoger risico op herhaling van de ziekte en verminderde overleving van de patiënt (Xenidis et al., 2009). Genexpressie profilering heeft aangetoond dat K18 vaak wordt gedegradeerd bij gemetastaseerde borstkanker (Hedenfalk et al., 2001; Zajchowski et al., 2001), een bevinding geassocieerd met gevorderd tumor stadium en graad, beenmerg micrometastase, en kortere kanker-specifieke overleving en totale overleving (Woelfle et al., 2003, 2004). Ook ubiquitin-immunoreactive degradatieproducten van K8 en K18 worden gedetecteerd in borstcarcinomen en kunnen tumoragressiviteit bepalen (Iwaya et al., 2003).

functionele rol bij tumorigenese

gezien hun opkomende regulerende rol bij normale celfysiologie en hun vaak veranderde expressie bij kanker, rijst de vraag of keratine een functionele rol speelt bij epitheliale tumorigenese. Hoewel de meeste keratine KO en transgene muizen geen duidelijk tumorfenotype hebben, resulteert K8-deficiëntie (in de FVB-achtergrond) in colorectale hyperplasie en ontsteking (Baribault et al., 1994; Habtezion et al., 2005), en beïnvloedt ook (verkort) de latentie, maar niet de incidentie of de morfologische kenmerken van polyoma Midden t-geïnduceerde borstadenocarcinomen (Baribault et al., 1997); menselijke K8 overexpressie resulteert in vroege neoplastische-achtige veranderingen in de alvleesklier, waaronder verlies van acinaire architectuur, dysplasie en verhoogde celproliferatie (Casanova et al., 1999), en correleert met de mate van spontane pancreasschade (Toivola et al., 2008); en tot slot, ectopische expressie van K8 in de huid veroorzaakt epidermale hyperplasie bij jonge muizen, epidermale atypie en preneoplastische veranderingen in verouderende muizen, en kwaadaardige progressie van goedaardige huidtumoren veroorzaakt door chemische huid carcinogenese assays (Casanova et al., 2004).

verschillende studies hebben bewijs geleverd dat een actieve keratine rol ondersteunt bij kankercelinvasie en metastase. Transfectie van K8 en K18 in muiscellen, die fibroblasten zijn en vimentin uitdrukken, resulteert in keratinefilamentvorming en wordt geassocieerd met vervormbaarheid en hogere migratie-en invasieve capaciteiten, wat erop wijst dat keratines de celvorm en migratie kunnen beïnvloeden door interacties met de extracellulaire omgeving (Chu et al., 1993). Ook experimentele co-expressie van vimentin en K8/K18 verhoogt invasie en migratie van menselijk melanoom (Chu et al., 1996) en borstkanker (Hendrix et al., 1997) cells in vitro.incubatie van menselijke pancreaskankercellen met sphingosylfosforylcholine, een bioactief lipide aanwezig in lipoproteïnedeeltjes met een hoge dichtheid en in verhoogde concentraties in het bloed en kwaadaardige ascites van ovariumkankerpatiënten, induceert keratine reorganisatie tot een perinucleaire, ringachtige structuur, die gepaard gaat met K8 en K18 fosforylering bij respectievelijk Ser431 en Ser52 (Beil et al ., 2003). Deze verandering in de keratine netwerkarchitectuur resulteert in verhoogde cellulaire elasticiteit en verbeterde celmigratie, die erop wijst dat sphingosylphosphorylcholine-geïnduceerde keratine remodellering direct kan bijdragen aan het metastatische potentieel van epitheliale kankercellen (Suresh et al., 2005). De vervormbaarheid van de cel wordt ook verhoogd in samenwerking met keratine netwerk wijzigingen als gevolg van sphingosylphosphorylcholine, waarschijnlijk resulterend in grotere kankercel capaciteit om het omringende weefsel binnen te vallen en door het stroma te doordringen, en dus het vergemakkelijken van zijn ontsnapping uit de primaire tumor (Rolli et al., 2010). Voorts heeft recent werk veranderingen in keratinefosforylatie als bijdragende factor aan de vooruitgang van colorectal kanker impliceerd, aangezien K8 een fysiologisch substraat van fosfatase van het regenereren van lever-3 is, waarvan bekend is dat het invasiviteit en het metastatische potentieel van colorectal kankercellen bevordert, en hoge fosfatase van het regenereren van lever-3 niveaus worden geassocieerd met vermindering of verlies van gefosforyleerde K8 aan de invasieve voorzijde van menselijke colorectal kankerspecimens en in levermetastasen (Mizuuchi et al., 2009).

verschillende studies hebben de rol van keratine bij de invasie van kankercellen onderzocht door de K8-gemedieerde plasminogeenactivering te onderzoeken op het serine protease plasmine, dat betrokken is bij de remodellering van de extracellulaire matrix en als zodanig bij tumorprogressie en metastase. Plasminogeen wordt geactiveerd op het celoppervlak door de urokinase-type plasminogeen activator gebonden aan urokinase-type plasminogeen activator receptor en het C-terminale domein van K8 dat het cellulaire membraan doordringt (K8 ectoplasmisch domein), zoals aangetoond in hepatocellulaire en borstcarcinoom cellen (Hembrough et al., 1995). Hoewel onwaarschijnlijk dat keratine maakt het naar de celoppervlak via de reguliere secretorische route (Riopel et al., 1993), een monoklonaal antilichaam tegen het ectoplasmic domein K8 voorkomt urokinase-type plasminogeen activator binding en remt plasmine generatie, die op zijn beurt resulteert in veranderde celmorfologie, Grotere celadhesie aan fibronectine en verminderde borstkankercel invasie potentieel (Obermajer et al., 2009), die erop wijzen dat K8 samen met urokinase-type plasminogeen activator, plasminogeen en fibronectin een signalerend platform vormen dat celadhesie en invasiviteit van de cellen van borstkanker kan moduleren.

K18 kan een regulerende rol spelen bij hormonaal responsieve borstkanker, aangezien het effectief kan associëren met en sequesteren het Era-doelgen en Era coactivator LRP16 in het cytoplasma, waardoor ERa-gemedieerde signalering en oestrogeen-gestimuleerde celcyclusprogressie in borsttumorcellen worden afgezwakt (Meng et al., 2009). Voorts autofagiedefecten, die borsttumorigenese bevorderen (Karantza-Wadsworth et al., 2007), resulteren in K8, K17 en K19 upregulation in muizen borsttumorcellen onder metabole stress in vitro en in allograft muizen borsttumoren in vivo (Kongara et al., 2010), mogelijk implicerend deregulering van keratine homeostase in defecte autophagy-geassocieerde borstkanker, een hypothese waardig van verder onderzoek. Defecte autophagy is ook betrokken bij abnormale keratine accumulatie in de lever, als Mallory–Denk lichaam-achtige inclusie vorming, die een gemeenschappelijke bevinding in hepatocellulaire carcinomen is, wordt direct beïnvloed door farmacologische autophagy modulatie (Harada et al., 2008).

keratine 17, die snel wordt geïnduceerd in gewonde gelaagde epithelia, reguleert de celgrootte en groei door binding aan het adaptor-eiwit 14-3-3σ en stimuleert de mTOR-route, waardoor de eiwitsynthese wordt gereguleerd (Kim et al., 2006). Aanvullend bewijs dat keratines stroomopwaarts van mTOR kunnen functioneren, wordt geleverd door studies bij muizen met ablatie van alle keratingenen, waarbij embryonale letaliteit als gevolg van ernstige groeivertraging geassocieerd is met afwijkende lokalisatie van de glucosetransporters GLUT1 en GLUT3m, resulterend in adenosine monofosfaatkinase activering en suppressie van de mTORC1 downstream doelen S6 kinase en 4E-BP1 (Vijayaraj et al., 2009). In een ogenschijnlijk wederkerige relatie, AKT isovormen regelen intermediaire filament expressie in epitheliale kankercellijnen, als overexpressie van AKT1 verhoogt K8 / K18 niveaus en AKT2 upregulates K18 en vimentin (Fortier et al., 2010). Dus, keratines, die vaak aberrantly uitgedrukt in epitheliale kanker, interageren op meerdere manieren met de akt/mTOR-route, die zelf vaak abnormaal geactiveerd in agressieve tumoren, waardoor de mogelijkheid dat de rol van AKT in epitheliale tumorgenese is ten minste gedeeltelijk keratine gemedieerd en/of afhankelijk.

keratines zijn ook belangrijk voor Chaperon-gemedieerde intracellulaire signalering, die op hun beurt een rol kunnen spelen bij epitheliale tumorgenese. Atypische PKC is een evolutionair behouden belangrijke regulator van cellulaire asymmetrie, die ook is geïdentificeerd als een oncogene veroorzaker van niet-kleincellige longkanker en een predisponerende factor voor darmkanker, wanneer overexpressed (Fields and Regala, 2007). Recent onderzoek toonde aan dat zowel filamenteuze keratine als hitteschok proteïne 70 nodig zijn voor de Rescue rephosphorylatie van volwassen atypische PKC, waardoor de subcellulaire distributie wordt gereguleerd en de steady-state niveaus en activiteit wordt gehandhaafd (Mashukova et al., 2009). Bovendien werd, gezien een overmaat aan oplosbaar hitteschok-eiwit 70, verwacht dat het keratinnetwerk een snelheidsbeperkende stap zou zijn in het atypische PKC-reddingsmechanisme, een hypothese die werd bevestigd in twee verschillende diermodellen met K8-overexpressie (Mashukova et al., 2009). In beide gevallen vertoonden cellulaire regio ‘ s met abnormale en excessieve intermediaire filamentaccumulatie ook een ernstig verkeerd gelokaliseerd actief atypisch PKC-signaal, wat erop wijst dat Chaperon-ondersteunde oncogene kinase-activiteit, waaronder Akt1, ook afhankelijk kan zijn van keratine en verder kan bouwen op reeds beschikbare kennis over de rol van keratine als Chaperon scaffolds (van den et al., 1999; Toivola et al., 2010).

hoewel K8 mutaties betrokken zijn bij de progressie van acute en chronische (Ku et al., 2001) leverziekte, ze zijn niet direct gekoppeld aan hepatocellulair, pancreas (Treiber et al., 2006) of enig ander carcinoom. Tot op heden is de enige keratine en tumortype waarvoor een specifieke variant of single-nucleotide polymorfisme is geassocieerd met kanker predispositie K5 in basaalcelcarcinoom (Stacey et al., 2009), als een genoombrede single-nucleotide polymorfisme associatie scan voor gemeenschappelijke basaalcelcarcinoom risico varianten identificeerde de g138e substitutie in K5 als het verlenen van gevoeligheid voor basaalcelcarcinoom, maar niet voor plaveiselcelcarcinoom, cutaan melanoom of fair-pigmentatie eigenschappen. Gezien het toenemende aantal genoom-brede associatiestudies voor verschillende kankers, is het mogelijk dat extra keratinevarianten die specifiek kankerrisico beïnvloeden in de nabije toekomst kunnen worden ontdekt.

rol in geneesmiddelenreactiviteit

keratine beschermt epitheelcellen tegen mechanische stress, maar levert ook resistentie tegen andere cellulaire stressoren die kunnen leiden tot celdood, waaronder death receptor activering en chemotherapeutische geneesmiddelen. Bijvoorbeeld, K8-en K18-nul muizen, die keratine intermediaire filamenten in hun hepatocytes wegens Keratin instabiliteit missen wanneer de partner keratine ontbreekt, en hepatocytes gekweekt ex vivo van K8-nul muizen zijn gevoeliger voor FAS-bemiddelde apoptose dan hun wild-type tegenhangers (Gilbert et al., 2001). Ook een K18 – mutatie (Arg89Cys) die het keratinefilamentnetwerk verstoort, maakt hepatocyten vatbaar voor Fas-maar niet voor tumornecrosefactor-gemedieerde apoptotische schade (Ku et al., 2003b). Deze bevindingen tonen duidelijk aan dat K8 en K18 resistentie tegen FAS-geïnduceerde apoptose in de lever bemiddelen; echter, ze kunnen ook relevant zijn voor kankertherapie, omdat keratine niveaus worden beïnvloed door geneesmiddelen tegen kanker, zoals mitoxantron (MX) (Cress et al., 1988) en doxorubicine (Hammer et al., 2010), en proapoptotische receptor agonisten kunnen selectieve antitumoractiviteit hebben, aangezien activering van de extrinsieke apoptotische celdoodweg door binding van apoptosis ligand 2/tumornecrose factor-gerelateerde apoptosis-inducerende ligand aan doodreceptoren resulteert in apoptosis van verschillende kankerceltypes zonder significante toxiciteit naar normale cellen (Ashkenazi, 2008; Gonzalevez en Ashkenazi, 2010).

Aberrant keratin expression has already been shown to confer a multidrug resistance phenotype, as mouse L fibroblasts are rendered resistant to MX, doxorubicin, methotrexate, melphalan and vincristine, but not to ionizing radiation, upon K8 and K18 transfection (Bauman et al., 1994). Similarly, NIH 3T3 fibroblasts with ectopic K8/K18 expression exhibit resistance to MX, doxorubicin, bleomycin, mitomycin C and melphalan, but not to cisplatin (Anderson et al., 1996). Bovendien, monocyten chemoattractant protein-7/MX, MX-geselecteerde menselijke borstkanker cel lijn met een multiresistentie fenotype door overexpressie van de borstkanker bestendig eiwit, vertoont ook een verhoogde K8 niveaus, die synergize met borstkanker bestendig eiwit in toenemende resistentie, waarschijnlijk handelend via verschillende mechanismen, zoals anti-K8 korte hairpin RNA keert MX weerstand zonder bevordering van de intracellulaire drug opeenstapeling van borstkanker bestendig eiwit knockdown doet (Liu et al., 2008b). De multidrugresistentie van monocyt chemoattractant proteïne-7 / Mx-cellen is ten minste gedeeltelijk te wijten aan hun verhoogde adhesie aan de extracellulaire matrix, die op zijn beurt wordt gemedieerd door K8-expressie op het celoppervlak, wat erop wijst dat veranderingen in het expressieniveau en cellulaire lokalisatie van K8 de respons op kankerbehandeling actief kunnen verminderen (Liu et al., 2008a). Of farmacologische keratine modulatie kan worden gebruikt als een aanvulling op chemotherapie voor het verbeteren van therapeutische resultaten blijft te worden onderzocht.